Desenvolvimento de sensores de temperatura impressos através da formulação de tintas à base de óxidos metálicos

SOARES, SARA FILIPA MADUREIRA

http://hdl.handle.net/10400.22/31084

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Authors

SOARES, SARA FILIPA MADUREIRA

Advisor(s)

Freitas, Susana Maria Ribeiro e Sousa Mendes de

Abstract(s)

Os sensores de temperatura impressos em substratos flexíveis têm vindo a ser explorados pela possibilidade de se obter disposiMvos eletrónicos finos, flexíveis, e de baixo custo. Os sensores de temperatura à base de óxidos metálicos consMtuem uma solução atraMva para a eletrónica flexível, pela sua elevada estabilidade térmica, sensibilidade e baixo custo. A possibilidade de os integrar em substratos poliméricos, recorrendo a técnicas de impressão como o screen prin)ng, torna-os parMcularmente adequados para aplicações de baixo custo e produção em larga escala. Este trabalho teve como objeMvo o desenvolvimento de sensores de temperatura flexíveis por impressão de Mntas funcionais, uMlizando óxido de níquel (NiO) e dióxido de manganês (MnO2) como materiais aMvos. Foram formuladas Mntas com diferentes solventes (eMlenoglicol, água e terpineol), ligantes (álcool polivinílico (PVA), hidroxieMlcelulose e eMlcelulose), dispersantes e adiMvos, tais como carbon black (CB). Os sensores impressos foram caracterizados quanto à resistência elétrica, comportamento térmico, tempo de resposta e reproduMbilidade. Os resultados mostraram que os sensores com formulações à base NiO com terpineol como solvente e com CB como adiMvo, aMngiram os valores de resistência elétrica mais próximos da gama desejada, enquanto que as formulações com MnO2 evidenciaram uma resposta térmica mais estável e reprodu_vel, mesmo apresentando limitações na dispersão. Ambas as abordagens demonstraram um comportamento de coeficiente de temperatura negaMvo (NTC) definido e tempos de resposta rápidos, confirmando o seu potencial para aplicações em sensores de temperatura.

Printed temperature sensors on flexible substrates have been increasingly explored due to their potenMal for producing thin, flexible and low-cost electronic devices. Metal oxide-based temperature sensors offer an acracMve soluMon for flexible electronics, thanks to their high thermal stability, sensiMvity and low producMon cost. Their integraMon into polymer substrates using prinMng techniques such as screen prinMng makes them parMcularly suitable for low-cost and large-scale producMon applicaMons. This work focused on the development of flexible temperature sensors by prinMng funcMonal inks containing nickel oxide (NiO) and manganese dioxide (MnO2) as acMve materials. Inks were formulated with various solvents (ethylene glycol, water and terpineol), binders (polyvinyl alcohol (PVA), hydroxyethylcellulose and ethylcellulose), dispersants, and addiMves, like carbon black (CB). The formulaMons were characterized in terms of electrical resistance, thermal behavior, response Mme and reproducibility. The results showed that the NiO-based sensors with terpineol, and CB as addiMve achieved electrical resistance values closest to the target range, while MnO₂ based formulaMons exhibited more stable and reproducible thermal responses, despite dispersion limitaMons. Both approaches exhibited a defined negaMve temperature coefficient (NTC) behavior and fast response Mmes, confirming their potenMal for temperature sensing applicaMons.